KR101301228B1 - Detachable edge ring for thermal processing support towers - Google Patents
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Abstract
웨이퍼(30) 배치 열처리에 사용되는 에지 링(152)이 가열로(160) 내의 수직 타워(140) 상에서 지지된다. 에지 링은 웨이퍼 원주와 실질적으로 겹치는 너비를 가지며 웨이퍼 사이에 균등하게 이격되어 타워 상에서 탈착 가능하게 지지되어, 열적 에지 효과를 감소시킨다. 에지 링은 내부 및 외부 리세스를 가져서 웨이퍼를 지지하는 타워 레그(142, 144, 146)의 핑거에 인접하여 구조체와 상호 잠금되거나 또는 에지 링의 횡측부 상에 형성된 하나 또는 그 이상의 스텝이 슬라이딩되어 지지 핑거와 관련된 잠금 레지에 떨어질 수 있다. 바람직하게는 고온 구역에 인접한 가열로의 타워와 에지 링 및 다른 부분(168, 180)이 실리콘으로 이루어진다. An edge ring 152 used for the wafer 30 batch heat treatment is supported on the vertical tower 140 in the furnace 160. The edge ring has a width substantially overlapping the wafer circumference and is evenly spaced between the wafers and detachably supported on the tower, reducing the thermal edge effect. The edge ring has internal and external recesses that are interlocked with the structure adjacent to the fingers of the tower legs 142, 144, 146 that support the wafer, or one or more steps formed on the transverse side of the edge ring are slid. May fall into the locking ledge associated with the support finger. Preferably the tower and the edge rings and the other portions 168, 180 of the furnace adjacent to the hot zone are made of silicon.
Description
본 발명은 2005년 7월 8일 출원된 가출원 번호 제 60/697,895호 및 2005년 9월 29일 출원된 가출원 번호 제 60/721,926호에 관한 것이다. The present invention relates to provisional application number 60 / 697,895, filed on July 8, 2005, and provisional application number 60 / 721,926, filed on September 29, 2005.
본 발명은 일반적으로 기판, 특히 실리콘 웨이퍼의 배치형 열처리에 관한 것이다. 보다 상세히, 본 발명은 웨이퍼 지지 타워에 사용되는 보조링에 관한 것이다. The present invention generally relates to batch heat treatment of substrates, in particular silicon wafers. More specifically, the present invention relates to an auxiliary ring for use in a wafer support tower.
웨이퍼가 가열로에서 동시에 처리되는 배치형 열 처리는 반도체 분야에서 계속하여 널리 사용된다. 대부분의 최근 배치형 열처리는 수직 배열식 지지 타워가 복수의 웨이퍼를 수평방향으로 유지하는 수직 가열로에 기초한다. 종래, 타워는 특히 약 1000℃의 처리 온도를 위해 석영으로 이루어지거나 또는 특히 보다 높은 처리 온도를 위해 실리콘 카바이드로 이루어지지만, 실리콘 타워가 모든 온도 범위에서 상업적으로 사용된다. Batch heat treatment, in which the wafers are processed simultaneously in the furnace, continues to be widely used in the semiconductor art. Most recent batch heat treatments are based on vertical furnaces in which vertically arranged support towers hold a plurality of wafers in the horizontal direction. Conventionally, towers are made of quartz, especially for processing temperatures of about 1000 ° C. or silicon carbide, especially for higher processing temperatures, but silicon towers are commercially used in all temperature ranges.
이러한 열처리를 사용하는 하나의 처리는 고온의 산화(HTO; hot temperature oxidation)이며, 여기에서 매우 얇은 산소층이 SiH4 및 N2O 또는 NO를 전구체로서 사용하는 화학적 증착(CVD)에 의해 성장한다. 전형적인 CVD 온도는 약 750℃ 근처이다. 얇은 산소는 2.5nm 근처 또는 이보다 적은 두께를 가지며 예를 들어 플래시 메모리에서 터널링 배리어(tunneling barrier)를 위해 사용된다. 산화제로서 O2를 사용하는 것과 같이 얇은 필름을 성장시키기 위한 다른 처리가 가능하다. One treatment using this heat treatment is hot temperature oxidation (HTO), where a very thin layer of oxygen is grown by chemical vapor deposition (CVD) using SiH 4 and N 2 O or NO as a precursor. . Typical CVD temperatures are around about 750 ° C. Thin oxygen has a thickness of around 2.5 nm or less and is used for tunneling barriers in flash memories, for example. Other treatments for growing thin films are possible, such as using O 2 as an oxidant.
그러나 성장한 필름의 두께 균등성이 문제된다. 두께 프로파일(12A)은 도 1에서 개략적으로 도시된다. 두께 내에 2개의 피크(14A, 16A)가 웨이퍼 둘레 근처에서 관측되었다. 피크(14A, 16A)는 대향 측면 상에서 16% 및 33%의 변화를 주며, 터널 전류가 두께의 지수로 변하기 때문에 적당한 두께 변화가 터널링 전류에 큰 변화를 줄 수 있으며, 이는 플래시 메모리 기록 성능에 변화를 줄 수 있다. However, the thickness uniformity of the grown film is a problem.
피크의 특정 시작점이 완전히 이해되지는 않지만, 가능한 원인은 타워 레그 또는 가열로 벽체 근처에 의한 그리고 웨이퍼 둘레에서의 가스 유동 불연속에 의한 열적 쉐도윙(thermal shadowing)과 같은 열적 에지 효과(thermal edge effect)를 포함하는 것으로 여겨진다. 이러한 문제를 해결하기 위해 웨이퍼 에지에 걸쳐 연장된 타워에 중심을 향한 작은 간격으로 보조 링을 부착하는 방법이 시도되었다. 최적화되도록, 웨이퍼는 그 상부 및 하부면을 면하는 2개의 이웃하는 에지 링 사이에서 이격된다. 에지 링은 피크를 제거하지 않더라도 감소시키는 효과를 갖는 것으로 나타났다. Although the specific starting point of the peak is not fully understood, possible causes are thermal edge effects, such as thermal shadowing, near tower legs or furnace walls and due to gas flow discontinuities around the wafer. It is considered to include. To solve this problem, a method of attaching the auxiliary ring at small intervals centered in the tower extending over the wafer edge has been attempted. To be optimized, the wafer is spaced between two neighboring edge rings facing its top and bottom surfaces. Edge rings have been shown to have a reducing effect even without removing peaks.
전형적인 디자인은 석영 타워 및 석영 에지를 포함하며, 이는 3개 또는 4개의 타워 레그로서 융해된다. 이러한 디자인은 소정의 문제점을 갖는다. 석영이 비교적 고가임에도, 많은 위치에서의 융해가 어렵다. 에지 링 중 하나가 사용 중 오류인 경우, 수리가 거의 불가능하다. 타워 또는 용접된 에지 링 중 어느 하나가 버려지거나 또는 오류인 에지 링 근처의 웨이퍼가 그 이후 웨이퍼 제조에 더 이상 사용될 수 없다. 석영은 일반적인 열적 지지 고정부로서 사용되지만, 증진된 기술은 과연 적정 순도를 갖는지 의문을 갖게 하였다. Typical designs include quartz towers and quartz edges, which melt as three or four tower legs. This design has certain problems. Although quartz is relatively expensive, melting at many locations is difficult. If one of the edge rings is an error in use, repair is almost impossible. Either the tower or the welded edge ring is discarded or the wafer near the edge ring that is faulty can no longer be used for wafer fabrication thereafter. Quartz is used as a general thermal support fixture, but the enhanced technology has questioned whether it is of adequate purity.
따라서, 에지 링 및 그 지지 타워를 위한 양호한 디자인이 요구된다. Therefore, a good design for the edge ring and its support tower is required.
링 타워는 핑거 및 다른 돌출부를 포함하여 웨이퍼 사이에 끼워진 일반적인 고리형 에지 링과 웨이퍼를 수직 스택으로 지지하며, 웨이퍼의 원주로부터 방사상 외측으로 연장된 방사상 밴드에 걸쳐 바람직하게 연장된다. The ring tower supports the wafer in a vertical stack with a generally annular edge ring sandwiched between the wafer, including fingers and other protrusions, and preferably extends over a radial band extending radially outward from the circumference of the wafer.
타워 및 에지 링 모두 실리콘으로 이루어지는 것이 바람직하다. 에지 링은 무작위 방향성 다결정질 실리콘(ROPSi; random oriented polycrystalline silicon)으로 형성되는 것이 보다 바람직하며, 이는 다결정질 시드(polycrystalline seed)를 사용하여 초크랄스키(Czochralski) 방식으로 성장될 수 있다. 실리콘 시드는 VCD에 의해 성장한 버진 다결정질 시드(virgin polycrystalline silicon seed)로 이루어지거나 또는 버진 다결정질 실리콘에 추적 가능한 시드로부터 성장한 시드 초크랄스키-성장 실리콘(Czochralski-grown silicon)으로 이루어질 수 있다. Preferably both the tower and the edge ring are made of silicon. The edge ring is more preferably formed of random oriented polycrystalline silicon (ROPSi), which can be grown in a Czochralski manner using polycrystalline seeds. The silicon seed may be composed of virgin polycrystalline silicon seeds grown by VCD or seed Czochralski-grown silicon grown from seeds traceable to virgin polycrystalline silicon.
바람직하게는, 링이 수동적으로 타워에 상호 잠금되며, 예를 들어 중력식으로 상호 잠금된다. 상호 잠금은 링의 내측 또는 외측 원주 상에 형성된 리세스에 의해 이루어질 수 있으며 또는 횡측부 상의 스텝(step)에 의해 이루어질 수 있다. Preferably, the rings are passively locked to the tower, for example gravity locked. The interlock can be made by a recess formed on the inner or outer circumference of the ring or by a step on the transverse side.
도 1은, 고온 산화 처리에 의하여 성장된 산소의 두께 프로파일이다. 1 is a thickness profile of oxygen grown by high temperature oxidation treatment.
도 2는, 타워 및 에지 링을 갖는 본 발명의 일 실시예의 사시도이다. 2 is a perspective view of one embodiment of the present invention having a tower and an edge ring.
도 3은, 도 2의 타워 및 에지 링 및 웨이퍼의 측면도이다. 3 is a side view of the tower and edge ring and wafer of FIG.
도 4는, 도 1 및 도 2의 타워의 레그 중 하나의 전개도이다. 4 is an exploded view of one of the legs of the tower of FIGS. 1 and 2.
도 5는, 본 발명의 에지 링의 평면도이다. 5 is a plan view of the edge ring of the present invention.
도 6은, 레그로부터 멀어진 영역에서 에지 링 및 웨이퍼의 측면도이다. 6 is a side view of the edge ring and wafer in a region away from the leg.
도 7은, 에지 링의 다른 실시예의 사시도이다. 7 is a perspective view of another embodiment of an edge ring.
도 8은, 도 7의 에지 링이 사용할 수 있는 타워 레그의 사시도이다. 8 is a perspective view of a tower leg that the edge ring of FIG. 7 can use.
도 9는, 도 8의 전개도이다. 9 is a developed view of FIG. 8.
도 10은, 도 8의 타워 레그의 수정예의 전개도이다. FIG. 10 is a developed view of a modification of the tower leg of FIG. 8.
도 11은, 4-레그 타워를 위해 구성된 에지 링의 다른 실시예의 평면도이다. 11 is a top view of another embodiment of an edge ring configured for a four-leg tower.
도 12는, 도 11의 에지 링과 도 12의 타워의 측면 레그 사이의 배열체 각각의 정면 및 후방에서 취한 사시도이다. 12 is a perspective view taken from the front and rear of each of the arrangements between the edge ring of FIG. 11 and the side legs of the tower of FIG. 12.
도 14는, 도 11의 에지의 변형인 에지 링에 부분적으로 로딩된 3-레그 타워의 사시도이다. FIG. 14 is a perspective view of a three-leg tower partially loaded into an edge ring that is a variation of the edge of FIG. 11.
도 15는, 도 14의 에지 링 및 타워의 부분 단면도이며, 추가로 웨이퍼를 도시한다. FIG. 15 is a partial cross-sectional view of the edge ring and tower of FIG. 14, further illustrating a wafer.
도 16은, 라이너, 주입기, 및 타워를 포함하는 가열로의 측단면도이다. 16 is a side cross-sectional view of a heating furnace including a liner, an injector, and a tower.
본 발명의 일 실시예가 도 2에서 사시도로 그리고 도 3에서 측면도로 도시되며, 2개의 측면 레그(12) 및 1개의 후방 레그(16)를 포함하는 지지 타워(10)를 포함하며, 이는 그 하단부에서 하부 베이스(18)에 고정되고 그 상단부에서 도시되지 않았으나 유사한 상부 베이스에 고정된다. 레그(12, 14, 16)는 도 4에서 전개도로서 도시되며, 유사하게 구성될 수 있으며 축방향으로 연장된 레그 스템(24)으로부터 일반적으로 내측으로 돌출된 핑거(22)를 포함할 수 있다. 3개의 레그(12, 14, 15)의 상응하는 축방향 위치에서 핑거(22)는 방사상 외측으로 하부 링 지지면(28) 상에서 에지 링(26)을 지지한다. 또한, 핑거(22)는 방사상 내측으로 상부 웨이퍼 지지면(32) 상에서 웨이퍼(30)를 지지하며, 상부 웨이퍼 지지면은 일반적으로 평면이고 수평하며 그 내측에서 리지(ridge)(34)에 의해 한정된다. 리지(34)는 웨이퍼 지지면(32)에 의해 지지되는 외측 원형 웨이퍼(30)에 밀접하게 위치하며, 이에 따라 타워(10) 상에 웨이퍼(30)를 정렬한다. One embodiment of the present invention is shown in perspective view in FIG. 2 and in side view in FIG. 3, comprising a
하나의 에지 링(26)이 도 5에서 평면도로서 도시되며, 일반적으로 중심(40) 둘레로 일반적으로 원형 대칭원 워셔-형 바디이며, 이는 타워(10)의 중심 및 웨이퍼(30)의 중심이 공통되도록 의도된다. 그러나 에지 링(26)은 유사한 형태의 2개의 측면 리세스(42, 44) 및 1개의 후방 리세스(46)를 포함하도록 기계가공되는 것이 일반적이며, 각각 2개의 측면 레그(12, 14) 및 후방 레그(16) 상에서 에지 링(26)을 체결한다. 리세스(42, 44, 46) 후방 내의 얇은 세그먼트가 타워(10)의 레그(12, 14, 16) 상에서 에지 링(26)을 지지한다. 세그먼트(48)의 외측은, 특히 그 측면에서 삽입 방향에 평행하게 평평한 측면에서 평평해질 수 있어서 넓은 외경을 허용한다. 리세스(42, 44, 46)는 180°보다 큰 충분한 각도로 링(26)의 후방 둘레에서 중심(40)을 중심으로 원주 방향으로 연장된 위치에 놓여서, 그 결과 유사한 각도상 간격으로 레그(12, 14, 16)가 에지 링(26)을 지지하지만 측면 레그(12, 14)가 에지 링(26)(및 웨이퍼(30)의 삽입을 방해하지 않고 측면 레그(12, 14)를 통과하는데 충분히 작다. 예를 들어, 측면 리세스(42, 44)의 중심은 링 중심(40)보다 약간 전방에 위치한다. One
에지 링(26)의 내경은 대략적으로 웨이퍼의 지름과 같거나 조금 더 크며, 예를 들어 4 내지 10mm에 이르고, 예를 들어 6mm보다 크다. 에지 링(26)을 200 또는 300mm 웨이퍼를 위해 10mm보다 작게 웨이퍼 지름 내측으로 다소 연장시키는 것이 가능하다. 일반적으로, 적당한 지름으로부터의 편차는, 웨이퍼 에지 둘레의 입체각의 실질적 일부가 동일 온도에서 에지 링(26) 또는 웨이퍼(30)를 볼 수 있도록 타워 내의 웨이퍼(30) 사이의 피치(pitch)를 많이 초과해서는 안된다. 달리 표현하면, 2개의 이웃한 에지 링(26) 사이의 갭을 통하는 경우를 제외하고 웨이퍼(30) 에지가 가열로 벽체 또는 라이너를 보아서는 안되며, 상기 갭은 라이너의 비교적 작은 보임 각도를 나타낸다. 유사하게, 에지 링(26)의 고리형 너비가 웨이퍼(30) 사이의 피치보다 커야 한다. 균등한 외측 온도로 연장되도록 에지 링(26)의 외경은 웨이퍼 지름보다 매우 커야 한다. 추가 지름은 에지 링이 없는 웨이퍼 둘레로부터 도 1의 피크(14A, 16A)의 위치에 상응할 수 있다. 그 결과, 대부분은, 웨이퍼(30)는 다른 웨이퍼(30)만을 보거나 또는 에지 링(26)을 볼 수 있으며, 이들 모두 약 동일한 온도이다. 가장 큰 온도 편위는 웨이퍼(30)의 외측 에지보다는 에지 링(26)의 외측 에지에서 이루어진다. 에지 링(26)은 불균등한 증착 피크(14A, 16A)를 웨이퍼(30) 영역 외측으로 그리고 에지 링(26) 상으로 이동시켜야 한다. 그러나 과도하게 넓은 에지 링은 가열기(oven)의 사용 및 디자인에 영향을 준다. 예를 들어 외경이 웨이퍼보다 20 내지 40mm, 예를 들어 28mm 커야한다. 에지 링(26)의 두께는 링형 구조체에 충분한 강도를 제공할 수 있도록 충분히 커야 하지만 웨이퍼보다 많이 상이한 열적 용량을 갖지 않도록 얇아야 한다. 일반적으로, 그 두께 범위는 약 웨이퍼 두께로부터 약 웨이퍼 두께의 2배의 범위인 것이 바람직하다. 현대 디자인은 1 내지 1.5mm 두께를 사용한다. The inner diameter of the
에지 링(26)은 바람직하게는 순수 실리콘으로부터 기계가공되며, 예를 들어 무작위 방향성 다결정질 실리콘(ROPSi; random oriented polycrystalline silicon)이며, 예를 들어 무작위 방향성 실리콘 시드(seed)를 사용하여 용융된 초크랄스키-성장 실리콘(Czochralski-grown silicon)이며, 예를 들어 CVD 성장 시드로 추적 가능한 버진 실리콘 시드(virgin silicon seed) 또는 다결정질 실리콘 시드(polycrystalline silicon seed)이다. 이러한 금속 및 그 성장과 기계가공은 2005년 6월 27일 출원된 미국 특허 가출원번호 제 60/694,334호 및 2006년 1월 9일 출원된 미국 특허 출원번호 제 11/328,438호에 개시되며 본 발명에서 참조된다. 제조 처리는, 노출된 표면에 표면 손상을 생성하여 이에 증착되는 필름의 결합을 증가시키도록, 실리콘 잉곳(silicon ingot)으로부터 와이어 또는 톱 커팅된 이후 블랜셔드 그라인딩(Blanchard grinding)하는 것을 포함한다. 세라믹 기계가공 기술은 웨이퍼-형 블랭크로부터 링 형상을 제조하도록 사용된다. 특히 중금속과 같은 불순물을 제거하도록 링은 실리콘 웨이퍼를 세정하도록 사용된 기술에 의한 기계 가공 이후 예를 들어 산 또는 알칼리 에칭의 조합으로서 세정될 수 있다. 에지 링(26)의 제조가 완료된 이후, CVD 처리에서 모든 표면 상에 가열기 내에서 증착되는 동일한 물질 또는 사용될 증착 처리에서 증착되는 동일한 물질, 즉 질화 실리콘 가열로에서는 질화 실리콘 및 이산화 실리콘 가열로에서는 이산화 실리콘으로 CVD로 예비-코팅을 하는 것이 바람직하다. 이러한 예비-코팅층은 크랙 및 표면 손상의 일부로서 생성되는 균열 내에서 견고히 고정될 것이며 동일 물질의 증착층 이후 양호하게 결합될 것이다. The
예를 들어 모노크리스탈린 실리콘(monocrystalline silicon)과 같은 다른 형식의 실리콘이 사용될 수 있다. 그러나 초크랄스키-성장(CZ) 모노크리스탈린 실리콘(Czochralski-grown monocrystalline silicon)은 일반적으로 300mm 타워에 필요한 경우 넓은 지름에 유용하지 않으며 벗겨지거나(chipping) 균열이 발생할 수 있다. 주조 실리콘이 가용하며, 이는 전형적으로 무작위 방향성이며 크기에 적합하 지만, 그 순도 및 종종 그 강도가 일반적으로 무작위 방향성 CZ 폴리실리콘보다 작다. 본 발명의 양상에 따라서 사용 가능한 실리콘 물질은, 전술한 대부분의 종류의 실리콘이 보다 순도가 높지만 적어도 99at% 원소 실리콘으로 이루어지는 것으로 이해되어야 한다. Other types of silicon can be used, for example monocrystalline silicon. However, Czochralski-grown monocrystalline silicon is generally not useful for large diameters when needed for 300mm towers and can chip or crack. Cast silicon is available, which is typically random oriented and suitable for size, but its purity and often its strength is generally less than random directional CZ polysilicon. Silicon materials usable in accordance with aspects of the present invention should be understood that most of the aforementioned types of silicon are of higher purity but consist of at least 99 at% elemental silicon.
그러나 본 발명의 에지 링의 양상이 실리콘링 및 타워에 한정되는 것이 아니며, 석영, 실리콘 카바이드, 또는 실리콘-주입 실리콘 카바이드(silicon-impregnated silicon carbide)와 같은 다른 물질로 이루어질 수 있음을 주지하여야 한다. 실리콘-주입 실리콘 카바이드는, 근사 화학량적 실리콘 카바이드를 용융 실리콘에 노출시킴으로써 또는 실리콘 및 그래파이트 파우더의 제어된 양을 블랜딩(blending)하고 혼합체를 주조하고, 이를 가열하여 실리콘 대 탄소의 선택된 비율을 획득함으로써 이루어질 수 있다. However, it should be noted that aspects of the edge ring of the present invention are not limited to silicon rings and towers, but may be made of other materials such as quartz, silicon carbide, or silicon-impregnated silicon carbide. Silicon-injected silicon carbide can be obtained by exposing the approximate stoichiometric silicon carbide to molten silicon or by blending a controlled amount of silicon and graphite powder and casting the mixture and heating it to obtain a selected ratio of silicon to carbon. Can be done.
도 4를 참조하여, 레그(12, 14, 16)는 그 하단부 및 도시되지 않은 상단부에 각각 텐던(tendon)(50)을 가져서, 하부 베이스(18) 및 도시되지 않은 상부 베이스 상에 상응하는 홀 안에 고정된다. 핑거(22)는 일반적으로 수평 방향으로 레그 스템(24)으로부터 일반적으로 일정한 두께 및 일정한 너비 섹션(52)으로 방사상 내측으로 연장되며, 상기 너비 섹션의 상부에서 링 지지면(28)이 형성된다. 다음, 핑거(22)는 경사 섹션(54)을 따라 부분적으로 상방으로 방사상 내측으로 더 연장되며, 상기 섹션은 일정한 두께를 갖지만 반드시 필요한 것은 아니다. 다음, 핑거(22)는 일반적으로 수평 방향으로 방사상 내측으로 더 연장되지만 쐐기형 팁 내에서 측벽체(56)를 한 점에 모으며, 상기 쐐기형 팁 상에서는 리지(34)에 의해 방사상 외측면 상에서 연결되는 웨이퍼 지지면(32)이 형성된다. 도 5의 링(26) 내의 리세스(42, 44)의 측벽체(58)는 유사하게 팁 측벽체(56)에 경사지지만 팁 측벽체(56)의 분리된 부분보다 다소 큰 간격으로 분리되어, 에지 링(26)이 측벽체(56)에 의해 수직으로 통과한다. Referring to FIG. 4, the
그 결과, 에지 링(26)은, 3개의 상응하는 핑거(22) 세트에서 모든 3개의 레그(12, 14, 16)의 리지(34)의 상부 상의 레벨로 타워(10) 내에 수동으로 또는 로봇 작용으로 삽입될 수 있다. 에지 링(26)이 후방 레그(16)의 스템(24)에 거의 이르렀다면, 에지 링(26)은 낮추어지고 리세스 측벽체(58)는 팁 측벽체(56)를 통과하여, 링 지지 세그먼트(48)가 레그(12, 14, 16)의 링 지지면(28) 상에 놓이도록 위치한다. 핑거(22)의 경사면(54)은 레그(12, 14, 16)의 에지 링(26)을 중앙으로 정렬하도록 돕는다. 에지 링(26)이 에지 링 지지면(28) 상에 놓였다면, 중력 하에 남겨진다. 그러나 바람직한 경우, 에지 링(26)은 역순으로 제거될 수 있다. As a result, the
웨이퍼(30)와 에지 링(26) 사이에서 수직 공간이 근사하게 제어되는 것이 바람직하다. 레그를 통과하지 않는 반지름을 따라 취한 도 6의 측면도에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(30)의 상부면(62)은 바로 위 에지 링(26)의 바닥면(64)으로부터 간격(A)으로 분리되고 바로 아래 에지 링(26)의 상부면(66)으로부터 간격(B)으로 분리된다. 반면에, 웨이퍼(30)의 중간면(38)은 상부 에지 링(26)의 바닥면(64)으로부터 간격(C)으로 분리되고 하부 에지 링(26)의 상부면(66)으로부터 간격(D)으로 분리된다. 제 1 디자인 원리는, 공간을 A=B로 설정한다. 제 2 디자인 원리는, 공간을 C=D로 설정한다. 전자는 과도 조건 균등성에 대한 것이며, 후자는 평형 균등성에 대한 것이다. 디자인 원리들은 각각의 핑거(22)의 웨이퍼 지지면(32)과 에지 지지면(28) 사이의 수직 구분을, 핑거(22)의 수직 피치 및 웨이퍼(30)의 에지 링(26) 두께를 고려하여 결정한다. 웨이퍼 및 에지 링을 위한 동일한 두께 및 그 정렬에서, 웨이퍼와 에지 링 사이의 평균 열적 로딩은 일반적으로 일정하게 여겨진다. 본 도면은, 어떠한 웨이퍼(30)도 다른 웨이퍼(30) 또는 다른 에지 링(26)의 동일한 영역을 보며, 그 세트들 모두 실질적으로 동일 온도이고 따라서 웨이퍼(30) 상의 에지 효과를 감소시킴을 도시한다. 또한, 쐐기형 핑거 팁의 바닥부가 실질적으로 링 지지면(28) 상에서 지지되는 에지 링(26)의 바닥면 레벨 상에 있어서 이에 따라 에지 링(26)이 타워(10) 내에 위치한 이후 웨이퍼 전송을 위한 최대 공차를 제공하는 것이 바람직하다. 축방향으로 다양한 간격을 포함하는 다른 디자인 원리도 가능함을 주지하여야 한다. It is desirable that the vertical space between the
에지 링(26)이 타워(10) 내에 로딩된 이후, 웨이퍼(30)가 삽입될 수 있고 이미 위치하고 있었던 에지 링(26)으로부터 간섭 없이 타워(10)로부터 제거될 수 있다. 에지 링(26)은 복수의 웨이퍼 사이클 동안 타워(10) 내에 남겨질 수 있다. After the
에지 링(26)이 특정 사유로 인하여 오류인 경우, 이는 타워(10)로부터 제거될 수 있고 새로운 타워(10)를 만들 필요 없이 새것으로 교체될 수 있다.If the
다른 실시예는 웨이퍼 및 에지 링을 위한 구분된 레그 핑거를 제공한다. 도 7에서 사시도로 도시된 바와 같이, 에지 링(70)은 2개의 측면 리세스(72, 74) 및 1개의 후방 리세스(76)를 포함한다. 모든 리세스(72, 74, 76)들은 링(70) 외측 둘레로부터 직사각으로 커팅될 수 있어서, 도 5의 리세스(42, 44, 46)에 상응하는 각위치 상에서 레그 내에서 유사하게 형태지어진다. 도 8에서 완전히 도시되고 도 9에서 전개도로 도시된 레그(80)는 도 2 및 도 3의 타워의 레그 중 어느 하나로 사용될 수 있어서, 링(70)을 지지하고 잠금한다. 레그(80)는 웨이퍼 핑거(82) 및 상호 사이에 끼여진 링 핑거(84)를 포함하며, 일반적으로 축방향으로 연장된 스템부(86)로부터 수평 방사상 내측으로 연장된다. Another embodiment provides separate leg fingers for the wafer and the edge ring. As shown in perspective view in FIG. 7, the
웨이퍼 핑거(82)는 각각 웨이퍼 지지 영역(88)을 포함하며, 이는 수평방향이거나 또는 바람직한 경우 평평한 지지 팁 영역으로 경사진다. 웨이퍼 지지 영역(88)의 후방 및 방사상 외측은 웨이퍼 리지(90)에 의해 한정되며, 이들은 웨이퍼 지지 영역(82) 상에서 웨이퍼를 정렬한다. 웨이퍼 핑거(82)의 외측부 상의 경사진 측벽체(82)는 쐐기형 팁을 제공한다. 링 핑거(84)는 각각 전형적으로 평평하며 수평으로 연장되는 링 지지 영역(94)을 포함하며, 이는 에지 링(80)의 의도된 원주의 약간 후방에 위치한 링 리지(98)에 의해 그 후방 상에서 그리고 핑거 에지(96)의 정면 상에서 한정된다. 웨이퍼 및 링 지지 영역(88, 94)의 상대적인 반지름 및 축방향 위치는 제 1 실시예에서 전술한 바와 동일하게 디자인될 수 있다.
용이하게, 핑거 에지(96)는 웨이퍼 리지(90) 상의 동일 반지름상 위치에서 수직으로 기계가공될 수 있으며, 이는 웨이퍼 전달을 위해 보다 큰 공차를 제공한다. 링 리지(98)의 후방에 형성된 핑거 스텝(100)이 그 너비보다 약간 작은 너비를 기자며 링 리세스(72, 74, 76)의 다른 형태 또는 유사하게 일반적 직사각 형태를 갖는다. 핑거 스텝(100)의 상부와 웨이퍼 핑거(82)의 바닥부 사이의 경로(102)는 에지 링(70)의 두꼐보다 두꺼워서, 에지 링(70)이 이를 통하도록 한다. 이에 따라, 에지 링(70)은 적어도 측면 레그의 그 의도된 핑거 리지(96) 상에서 경로(102)를 따른 통과 또는 미끄러짐에 의해 조립된 타워 내에 삽입될 수 있다. 에지 링(70)이 의도된 위치에 이르면, 링 리세스(72, 74, 76)는 각각의 핑거 스텝(100) 둘레에 위치하며, 에지 링(70)은 핑거 스텝(100)의 측면을 통과하여 아래로 또는 그 리세스로 낮추어질 수 있어서, 에지 링(70)이 에지 지지 영역(94) 상에 놓이고 중력에 의해 핑거 스텝(100)에 상호 결합된다. 에지 링(70)이 모두 로딩되면, 이들은 후속하는 웨이퍼 세트가 타워로부터 로딩 및 언로딩됨에 따라 남겨질 수 있다. 그러나 에지 링(70)은 유지, 교체 및 다른 이유로 인하여 레그로부터 탈착 가능하다.Easily,
웨이퍼 지지 영역(88) 후방의 리세스(104)는 전형적으로 적어도 정면 레그에 필요하며, 이는 지지되는 웨이퍼의 중앙 정면에 위치하여 웨이퍼의 총 지름이 정면 레그 너머 삽입되어 웨이퍼 지지면 상에서 하방이 되도록 한다. 그러나 리세스(104)의 깊이는 도 10에서 레그(106)로서 사시도로 도시된 바와 같이 감소될 수 있다. 그 결과, 핑거(82, 84)들은 보다 덜 뚜렷하게 구분된다. A
도 10의 레그(106)의 실시예로서, 각각의 웨이퍼 및 링 핑거(82, 84)는 스텝(90)을 웨이퍼 지지 영역(88)의 후방에서 에지 링 지지 영역(94) 수준의 상방으로 연장시킴으로써 단일 핑거 내에서 조합되어, 핑거 리지(96)와 합쳐지고 웨이퍼 지지 영역(88)의 후방의 리세스(104)를 제거한다. 결과적인 구조는, 핑거(22)가 하방으로 연장되고 각각의 핑거 상에 웨이퍼 지지체(32)가 존재하는 도 4의 구조와 반대로 링 지지 영역(28) 아래에 있다. 이러한 레그(106)는 기계 가공을 덜 하고 기계적 강도가 높은 장점을 갖지만, 웨이퍼 에지 근처에서 추가 레그 질량을 주입한다. 웨이퍼 중심 뒤의 후방 레그가, 에지 링을 지지하는 상부 및 방사상 외측단(tier) 및 웨이퍼를 지지하는 하부 및 방사상 내측단의 2단 핑거로 형성되는 것이 가능하다. As an embodiment of the
도 7에서 측면 리세스(72, 74)가 에지 링(70)을 2개의 정면 레그에 잠금하기 때문에, 후방 레그 상에 어떠한 잠금 메커니즘이 필요하지 않다. 즉, 에지 링(70) 내에서 후방 리세스(76)를 제거하고 후방 레그(80. 106)의 에지 스텝(98) 뒤로 가능하다면 레그 스템(86)으로 연장되는 것이 가능하여, 에지 링(70)의 원형 둘레를 정렬한다. 감소된 기계 가공은 구분된 디자인 및 두 가지 형식의 레그에 의해 상쇄된다. Since the side recesses 72, 74 in FIG. 7 lock the
다른 에지 링(110)이 도 11의 평면도로 도시되며, 4개의 레그(80)를 갖는 타워를 위해 구성된다. 2개의 후방 리세스 및 노치(notch)(112, 114)는 2개의 후방 레그(80)를 체결하며, 이는 삽입축(116)으로부터 동일한 반대 각도로 오프셋되고 중심(40)을 면한다. 노치(112, 114)들의 외측면(118)은 중심(40)의 반지름에 근접하게 커팅되고, 내측면(120)은 삽입축(116)에 평행하게 커팅되어 레그(80) 상의 로딩을 용이하게 한다. 내측 평평부(flat)(112, 124)는 삽입축(116)에 평행하게 커팅되지만 오직 부분적으로 후방을 향하여 링 스텝(126)을 형성한다. 바람직하게는, 링 스텝(126)은 중심(40)을 통과하는 지름에 수직하게 전방으로 놓인다. 2개의 측면 레그(80)는 적어도 부분적으로 바람직하게는 완전히 중심(40)의 전방에 놓이고 삽입축(116)을 수직으로 향하는 면을 지향한다. Another
도 12의 정면 사시도에 도시된 바와 같이 에지 링(110)이 로딩되면, 내측 평평부(122, 124)는 각각의 측면 레그(80)의 웨이퍼 리지(90)에 정렬되고, 도 13에서 후방 사시도로 도시된 바와 같이, 링 스텝(126)이 아래로 떨어지고 후방 레그(80)의 에지 링(110)의 체결에 대향하여 핑거 스텝(100)의 측면에 수동적으로 그리고 중력식으로 잠금된다. 이러한 위치에서 에지 링(110)은 중심(40)의 후방에서 멀리 있는 후방 레그들 및 중심(40)의 완전한 정면이 아닌 약간 정면인 정면 레그(80)에 의해 안정적으로 지지된다. 도 11에 도시된 바와 같이 외측 평평부(128)가 삽입축(116)에 평행하게 에지 링(110)의 횡측부 내에서 커팅될 수 있어서 측면 레그(80)를 지나서 에지 링(110)의 로딩을 용이하게 하고 타워 및 그 레그의 횡방향 너비를 감소시킨다. 파츠 번호 및/또는 시리얼 번호(130)가 에지 링(110)의 평행 표면 상에 각인될 수 있다. When the
측면 평평부(122, 124) 및 링 스텝(126)의 구성은 도 7의 3-레그 링(70) 내에서 측면 노치(72, 74)에 대체될 수 있다. The configuration of the side
에지 링(70)에 대해 전술한 바와 같이, 후방 레그가 별도로 구성되어 에지 링(110)의 원주에 접촉하는 경우 에지 링(110)의 후방 리세스(112, 114)가 제거될 수 있다. As described above with respect to the
도 11의 에지 링(110)은 4개의 레그를 갖는 타워용으로 디자인된다. 반면에, 도 14에서 부분 사시도로 도시되고 도 15에서 부분 단면도로 도시된 타워(140)는 오직 3개의 레그를 가지며, 상세히 이는 그 하단부가 하부 베이스(148)에 고정되고 상단부가 도시되지 않은 상부 베이스에 고정된 두 개의 측면 레그(142, 144) 및 하나의 후방 레그(146)이다. 도시된 바와 같이, 측면 레그(142, 144)는 타워(140), 웨이퍼(30) 에지 링(152)의 중심(40)에서 완전히 전방에 위치한다. 노치(150)는 후방 레그(146)의 후방 및 베이스(148)의 후방 모두 내에 형성되어 열적 커플링을 수용하여 웨이퍼에 근접한 온도를 측정한다. 핑거가 레그(142, 144, 146) 내에 형성되어 에지 링(152)과 웨이퍼(30)를 지지한다(도 13에는 미도시). 핑거는 측면 레그(142, 144)와 후방 레그(146) 사이에서 상이하여 측면 레그(142, 144)가 에지 링(152)의 측면 스텝을 통과하도록 한다. 에지 링(152)의 내측 원주는 중심(40)을 중심으로 거의 원형이며 웨이퍼(30)를 약간 달고 있는 내측 평평부(154)를 제외하고 웨이퍼(30)의 외측 원주 외곽으로 약간 이격된다. 에지 링(152)의 외측 원주는 중심을 중심으로 거의 원형이지만 2개의 측면 스텝과 하나의 후방 노치를 포함하여 레그(142, 144, 146)에 에지 링(152)을 수동적으로 내측 잠금한다. The
증착 처리의 연장된 작업 이후 필름 두께가 타워(10) 및 에지 링(26, 70, 110, 152) 상에서 입자 플레이크(particle flaking)에 충분한 두께에 이를 것이 예상되며, 이는 문제가 될 수 있다. 이 경우에도 증착된 필름이 타워(10)에 에지 링을 상호 브리지에 의하여 부착시키는 것이 가능할 수 있다. 실리콘으로부터 필름을 세정하는 일반적인 절차가 있다. 따라서, 실리콘 타워(10)와 부착된 실리콘 에지 링 모두 아래에 놓인 실리콘을 제거하지 않고 증착층을 제거하는 에칭 배스(etching bath) 내에 놓일 수 있다. 예를 들어, HF는 산화 실리콘 및 질화 실리콘을 실리콘으로부터 제거한다. 실리콘 일부는 석영 일부에 비하여 세정 내에서 보다 큰 선택성을 갖는다. 부서진 링의 경우 유사한 타워 및 링 에치가 파편들이 제거되기 전 타워에 접착된 파편을 갖는 부서진 에지 링을 제거하도록 수행되는 것이 가능하다. It is expected that after an extended operation of the deposition process the film thickness will reach a thickness sufficient for particle flaking on the
에지 링의 형태는 전술한 것에 제한되지 않는 것을 주지하여야 한다. It should be noted that the shape of the edge ring is not limited to the above.
실리콘 에지 링이 보다 큰 장점을 제공하지만, 탈착 가능한 본 발명의 특징은 타워 또는 에지 링이 석영, 실리콘 카바이드, 또는 실리콘 주입 실리콘 카바이드와 같은 다른 물질로 이루어지는 경우에도 유용하다. 모든 물질들에 링과 타워의 간단한 구조 및 재연마의 용이성이 중요한 제조 경제성을 제공할 수 있다.While silicon edge rings offer greater advantages, the removable feature of the present invention is also useful when the tower or edge ring is made of other materials such as quartz, silicon carbide, or silicon implanted silicon carbide. The simple structure of the rings and towers and the ease of regrinding can provide all materials with important manufacturing economics.
본 발명은 전술한 HTO 처리에 제한되지 않으며, 다른 처리, 가능한 경우 다른 처리 가스, 실리콘, 실리콘-온-인슐레이터 또는 유리질이나 세라믹 기판과 같은 다른 웨이퍼 및 다른 처리 온도에 유용할 수 있다. 본 발명은 고온 처리에 가장 유용하지만 화학적 기상 증착과 같은 저온 처리에 적용될 수 있다. The present invention is not limited to the HTO process described above and may be useful for other processes, possibly other process gases, silicon, silicon-on-insulators or other wafers such as glassy or ceramic substrates and other process temperatures. The present invention is most useful for high temperature treatments but can be applied to low temperature treatments such as chemical vapor deposition.
에지 링이 실리콘으로 이루어진 경우, 모든 실리콘-고온 영역이 큰 스케일의 상업적 제조를 위해 가열로에서 유용할 수 있다. 도 16에 단면도로 도시된 수직으로 배열된 가열로(160)는 열적으로 절연인 히터 캐니스터(heater canister)(162)를 포함하며, 이는 도시되지 않은 전력 공급원에 의해 전력을 공급받는 저항성 가열 코일(164)을 지지한다. 전형적으로 석영으로 이루어지는 벨형 자아(bell jar)(166)는 지붕부를 포함하고 가열 코일(164) 내에 맞추어진다. 예를 들어, 단부에서 개방되는 라이너(168)가 벨형 자아(166)에 맞추어진다. 전술한 타워에 상응하는 지지 타워(170)는 상부 및 하부 베이스(174, 176)에 고정되거나 또는 도시되지 않은 에지 링 및 웨이퍼를 지지하는 3개 또는 4개의 레그(172)를 갖는다. 지지 타워(170)는 받침대(178) 상에 안착한다. 처리 동안, 받침대(178)와 지지 타워(170)는 일반적으로 라이너(168)에 의해 둘러싸인다. 상이한 높이의 출구 포트를 갖는 하나 또는 그 이상의 가스 주입기(180)가 라이너(168)와 타워(170) 사이에 위치하며 라이너(168)로서 상이한 높이로 처리 가스를 주입하기 위한 출구를 갖는다. 도시되지 않은 진공 펌프는 처리 가스를 벨형 자아(166)의 바닥부를 통해 제거한다. 히터 캐니스터(162), 벨형 자아(166) 및 라이너(168)는 수직으로 상승할 수 있어서 웨이퍼가 타워(170)에 전달되고 타워로부터 전달되지만, 소정의 구성에서는 이러한 부재들이 고정되어 남고 상승기가 가열로(160)의 바닥부 안팎으로 받침대(178) 및 로딩된 타워(170)를 상승 및 하강시킨다. If the edge ring is made of silicon, all silicon-hot regions may be useful in furnaces for large scale commercial production. The vertically arranged
벨형 자아(168)는 그 상단부에서 폐쇄되며 가열로(160)가 가열로의 중앙 상부에서 일반적으로 균등한 고온을 갖도록 한다. 이는 온도가 최적화된 열 처리에서 제어되는 고온 구역(hot zone)으로서 지칭된다. 그러나 벨형 자아(168)의 개방된 바닥 단부 및 받침대(178)의 기계적 지지체는 가열로의 하부가 저온을 갖도록 하며, 이는 화학적 기상 증착이 이루어지지 않는 열처리 정도의 저온이다. 고온 구역은 타워(170)의 하부 슬롯 중 일부를 포함할 수 있다. The
에지 링뿐만 아니라 타워, 라이너 및 주입기가 실리콘으로 이루어져서 고온 구역 내의 모든 물질이 매우 균등한 순도를 갖는 처리될 실리콘 웨이퍼와 동일한 실리콘 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 실리콘 배플 웨이퍼가 사용될 수 있으며, 이는 전술한 가출원 제 60/694,334호 실용신안출원에 기재된다. 모든 실리콘 고온 구역은 실리콘 웨이퍼 처리에 있어서 입자도 및 불순물 레벨이 매우 낮다. Boyle 등은 미국 특허 제 6,450,346호에서 실리콘 타워 제조를 기재하고, 2003년 8월 15일 출원되어 현재 미국 특허 출원공보 2004/0129203 A1으로 공보된 미국 특허출원 제 10/642,013호에서 실리콘 라이너를 기재하며, 이는 본 출원에서 참조된다. Zehavi 등은 2005년 7월 8일 출원된 미국 출원 번호 제 11/177,808호에 실리콘 주입기 제조를 기재하였으며, 이는 본 출원에서 참조된다. Boyle 등은 미국 특허 출원공보 2004/0213955에서 실리콘 구조체 조립을 위한 실리콘 파우더 및 스핀-온 글래스(spin-on glass)를 기재하였다. 이러한 모든 실리콘 부품들은 캘리포니아 서니베일의 Integrated Materials, Inc.로부터 입수 가능하다. It is preferred that the tower, liner and injector as well as the edge ring consist of silicon so that all the materials in the hot zone are made of the same silicon material as the silicon wafer to be treated with very even purity. In addition, silicon baffle wafers can be used, which is described in the provisional application No. 60 / 694,334 described above. All silicon hot zones have very low particle levels and impurity levels in silicon wafer processing. Boyle et al. Describe the manufacture of silicon towers in US Pat. No. 6,450,346, and the silicone liners in US patent application Ser. No. 10 / 642,013, filed Aug. 15, 2003 and now published in US Patent Application Publication 2004/0129203 A1. This is referred to in this application. Zehavi et al. Describe the manufacture of a silicone injector in U.S. Application No. 11 / 177,808, filed July 8, 2005, which is incorporated herein by reference. Boyle et al. Describe silicon powder and spin-on glass for assembling silicon structures in US Patent Application Publication 2004/0213955. All these silicon parts are available from Integrated Materials, Inc., Sunnyvale, California.
본 발명은 증진된 열적 기능 및 감소된 오염 및 입자를 갖추며 제조가 경제적이며 유지가 용이한 구조체를 제공한다. The present invention provides a structure with improved thermal function and reduced contamination and particles, which is economical to manufacture and easy to maintain.
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